基于CAN 总线的电动机保护装置的设计

422 通讯标准。

6N137 光耦合器是一款用于单通道的高速光耦合器， 具有温度、电流和电压补偿功能， 在本次设计中， 使用6N137 光耦合器将DSP 中TXD1 和RXD1 信号与TX和RX 隔离开。

显示电路： 作为电机保护系统的显示模块， 本系统使用的LCD 是TG160128A1, 它已由制造商装配好了液晶显示驱动， 并提供了驱动电路的接口， 通过DSP56F807的I/O 口可以实现对LCD 的读写操作。

电源模块：DSP 的工作电压是3.3 V， 而开发板的供电电压为5 V， 所以必须做一个5 V~3.3 V 电压的转换。

使用了AS1117M5 -33 芯片把5 V 电压转换为3.3 V 电压。数字电源和模拟电源之间用磁珠相连， 数字地和模拟地之间也用磁珠相连。模拟地和模拟电源之间连小电容， 数字地和数字电源之间也连小电容。

2 系统软件设计

在电机保护装置中， 各检测节点定期采集现场的电压电流信号， 然后用傅里叶算法对采集来的数据进行分析处理， 计算出电压、电流的有效值和各次谐波分量值，并进行幅值、相位、正负序等实时参数计算， 判断得到的实时值是否超过限定值， 即判断是否发生故障， 并通过CAN 总线将数据发送到上位机。

2.1 系统总体软件

设计本系统软件设计采用的是模块化设计， 分为三个部分： 初始化模块、系统控制模块和通信模块。初始化模块主要完成DSP 系统、外设部件， 以及系统管理方式的初始化等。由于电机保护系统是实时性要求严格的系统，因而采用主程序模块和中断子程序模块相结合的方法。

中断子程序主要由保护模块和通信模块组成。主程序流程图以及保护模块流程图如图3 所示。

图3 系统流程图

2.2 各相电流、电压幅值算法

由于56F807 芯片具有以下优点： 在一个指令周期内可以完成一次加法和一次乘法， 程序和数据空间分开， 可以同时访问指令和数据、支持流水线操作， 使取址、译码和执行等操作可以重叠进行。另外其主频极高，可以为在设计中采用复杂、精确的保护算法提供时间保证。故求取电流与电压的幅值均采用付氏滤波算法。先求出付氏正、余弦系数， 再用平方、开方公式算出幅值。

设输入电量为：

如有离散后一周波内连续N 点采样值Y1、Y2，Y3,Yn， 则可求出全周傅氏正、余弦函数如下：

式中：N 为一周波采样点数，600 Hz 采样频率时，N=12。

k=1 时得到基波的正、余弦系数为：

然后依据（6） 式计算出幅值的精确值， 进行准确、可靠的故障判断。

由（6）式对幅值的计算中有两次平方和一次开方， 计算量比较大， 所以选用有着强大计算功能的DSP， 可以不用考虑时间问题而保证幅值的精确性， 从而保证了保护的可靠性。

　　2.3 负序电流算法的选择

负序电流作为电机保护中一种判据， 在判断是否有不对称故障和不对称故障的类型时， 有着非常重要的作用。由于选用的DSP 有着非常强大的处理数据的能力，可以考虑用软件计算的方法替代硬件逻辑的方法， 不仅可能减少硬件的连接， 而且能够提高整个保护的可靠性和精确性。

由于三相电流XA、XB、XC可以根据对称分量法分解为正序、负序和零序三个分量， 而对称分量负序与三相基波相量的关系为：

由于采样率为每周12 点， 三相电流采样瞬时值为XA（k）、XB （k）、XC （k）， 则通过快速负序算法， 实际中取瞬时负序电流为：

由（8） 式可以看出， 负序电流的瞬时值于A 相第k点采样，B 相第k 和第k-4 点采样值以及C 相的第k-4点采样值有关， 利用电流幅值计算公式就可以精确计算出负序电流的幅值。

2.4 CAN 通讯模块

在各种现场总线中，CAN 总线不仅具有突出的可靠性、实时性和灵活性。而且还具备很多其他总线不具备的特点：

（1） 由报文标识符（11 bit 或者29 bit） 确定的总线访问优先级；（2） 采用非破坏性总线仲裁技术， 当两个节点同时向总线发送信息时， 优先级较低的节点会主动退出发送，优先级较高的节点可以不受影响；（3）采用的是短帧结构， 传输时间短， 受干扰概率低，具有良好的检错效果， 而且CAN 的每帧信息都有CRC校验， 保证了极低的数据出错率；（4） 在CAN 节点严重错误的情况下具有自动关闭输出功能， 以使总线上其他节点的操作不受影响；（5）CAN 只需通过报文滤波即可实现点对点、一点对多点及全局广播等几种方式传送接收数据。

每个发送缓冲区都有14 B 的寄存器结构。这个寄存器结构包括数据帧的标识符、等待发送的数据、发送数据帧的长度和发送缓冲优先级寄存器。

2.5 CRC 校验在56F807 中的算法实现

为了能够将信息可靠快速的及时的传给对方， 考虑传输距离、现场状况、干扰等诸多因素的影响， 一般在通信时采用数据校验的方法。循环冗余码校验就是